帶寬、采樣率、存儲深度是DSO的三大關(guān)鍵指標(biāo)

前沿：帶寬、采樣率、存儲深度是DSO的三大關(guān)鍵指標(biāo)

一、采樣率

1、概念的提出

計算機只能處理離散的數(shù)字信號。模擬電壓信號進(jìn)入示波器后面臨的首要問題就是連續(xù)信號的數(shù)字化（AD轉(zhuǎn)化）問題。

采樣（Sampling）就是從連續(xù)信號到離散信號的過程。通過測量等時間間隔波形的電壓幅值，并把該電壓轉(zhuǎn)化為用N位（N為ADC的分辨率）二進(jìn)制代碼表示的數(shù)字信息。

采樣率即是單位時間內(nèi)對信號進(jìn)行采樣的次數(shù)，單位為SPS或Sa/s，表示1s內(nèi)采樣次數(shù)。

Ex: 10GSa/s，即每秒采集10G個點，即100ps進(jìn)行一次采樣。

根據(jù)Nyquist采樣定理，當(dāng)對一個最高頻率為fmax的帶限信號進(jìn)行采樣時，采樣頻率fs要大于等于2倍fmax才能確保從采樣值完全重構(gòu)原來的信號。如果低于2fmax則會發(fā)生混疊。在這里我們又要提到數(shù)字帶寬的概念，數(shù)字帶寬即為采樣率/2（DSO的上限頻率，實際帶寬是不可能達(dá)到）。

Note：數(shù)字帶寬和模擬帶寬是兩個完全不同的概念。

2、采樣模式

（1）實時采樣（real-time sampling）：捕獲非重復(fù)性或單次信號，使用固定的時間間隔進(jìn)行采樣。觸發(fā)一次后，示波器對電壓進(jìn)行連續(xù)采樣，然后根據(jù)采樣點重建信號波形。

（2）等效時間采樣（equivalent-time sampling）：是對周期性波形在不同的周期中進(jìn)行采樣，然后將采樣點拼接起來重建波形，為了得到足夠多的采樣點，需要多次觸發(fā)。等效時間采樣又包括順序采樣和隨機重復(fù)采樣兩種。使用等效時間采樣模式必須滿足兩個前提條件：波形必須是重復(fù)的；必須能穩(wěn)定觸發(fā)。 

最高實時采樣率的大小通常由示波器所選擇的A/D轉(zhuǎn)換器的采樣率決定。

最高等效采樣率的大小是根據(jù)示波器顯示器的分辨率和最快時基來確定。

二、存儲深度

表示示波器在最高實時采樣率下連續(xù)采集并存儲采樣點的能力，通常用采樣點數(shù)（pts）表示。最大存儲深度由示波器的存儲器容量決定，增加存儲深度可通過外部存儲器實現(xiàn)，存儲深度越深越利于觀察波形細(xì)節(jié)。

時基*水平格數(shù)（T）= 采樣周期（ts） * 存儲深度（N） 

Ex：設(shè)一示波器顯示屏共有10格

時基為1ms/div時，T=1ms/div*10div=10ms.

時基為10ns/div時，T=10ns/div*10div=100ns.

可見，時基檔位越慢，則總采集時間越長，即T越大。

提高示波器的存儲深度可以間接提高示波器的采樣率：當(dāng)要測量較長時間的波形時，由于存儲深度是固定的，所以只能降低采樣率來達(dá)到，但這樣勢必造成波形質(zhì)量的下降；如果增大存儲深度，則可以以更高的采樣率來測量，以獲取不失真的波形。

Ex：設(shè)屏幕上共有12格，時基為1ms/div，則總采樣時間為12ms

存儲深度為24k時，fs=24k/12ms=2Msps

存儲深度為60M時，fs=60M/12ms=5Gsps

下圖的曲線充分揭示了采樣率、存儲深度、采樣時間三者的關(guān)系及存儲深度對示波器實際采樣率的影響。比如，當(dāng)時基選擇10us/div檔位時，整個示波器窗口的采樣時間是10us/div * 10格=100us，在1Mpts的存儲深度下，當(dāng)前的實際采樣率為：1M÷100us=10Gs/s，如果存儲深度只有250K，那當(dāng)前的實際采樣率就只有2.5GS/s了！